直流偏磁条件下高精度微型电流互感器的传变特性

李春来，汤晓宇，罗坤明，兰 雄

(1.河源职业技术学院，广东省智能低压电气设备工程技术研究中心，广东河源 517000；2.广东雅达电子股份有限公司,广东河源 517000)

0 引言

太阳等离子风的动态变化与地磁感应电流的作用，在高压直流输电系统采用单极-大地回路方式时，及地磁爆效应等原因，电磁装备中均会出现直流偏磁电流。高精度电磁式微型电流互感器是智能电力仪表常用的前端取样器件，其性能指标及稳定性直接影响电力仪器仪表的测量精度。而直流偏磁现象会改变电流互感器(current transformer，CT)的传变特性[1-3]。

本文选用0.02级电磁式微型电流互感器CT23-5A/5 mA为研究对象，通过实验数据研究分析直流偏磁条件下电磁式高精度微型电流互感器(CT)的传变特性。

1 直流偏磁条件下传变特性的数理关系

电流互感器传变特性用角差f与比差δ衡量，根据文献[4]有：

(1)

(2)

(3)

式中：γ1为CT二次侧的负载阻抗角；Bdc为CT直流偏磁磁通密度。

参考文献[4]，在直流偏磁条件下，铁芯内直流磁通与直流分量为非线性关系，直流磁通随直流偏磁电流增大而增大。由式(3)可以看出，直流磁通增大，Bdc、X值相应会增大，将引起CT角差与比差的增大；同时直流偏磁将加速CT的饱和，且直流偏磁电流越大，CT饱和越快。CT比差与角差随着直流偏磁电流增大而增大，为非线性关系。一次侧的直流偏磁电流不会产生变化磁通，作为励磁电流改变铁芯工况，从而影响微型电流互感器的传变特性。

2 CT直流偏磁实验与数据分析

2.1 实验条件

实验设备：深圳凯旋/KS823/三相交直流指示仪表校验装置，直流电流输出范围为0.1 mA～25 A，输出稳定度为0.01%/min；HESE互感器校验装置，精度为0.005%。高精度微型电流互感器CT23-5A/5 mA取样3个[2]，进行测试。

2.2 实验方案

实验接线见图1，为了定量研究直流偏磁对CT传变特性的影响，对应CT测试点：5%、20%、50%、100%、120%，在每个测试点分别针对K(K=直流偏磁电流/一次侧交流电流有效值)取值0、0.01、0.02、0.05、0.10施加直流偏磁电流，测量CT的比差与角差。

图1 实验接线图

2.3 验数据

选取一个CT23样品的测试数据，见表1。

表1 CT23在直流偏磁条件下传变特性的比差与角差

2.4 实验数据分析

2.4.1 直流偏磁对比差的影响

根据表1绘制CT23比差随K值变化曲线，如图2所示。

图2 CT23比差随K值变化曲线

根据表1、图2可以看出：

(1)当测试点5%，直流偏磁电流对比差影响不明显，比差未超出0.02级微型电流互感器的误差限值；在测试点20%、50%、100%、120%，直流偏磁电流对比差影响较大，比差几乎都超出0.02级微型电流互感器的误差限值；

(2)在测试点5%、20%、50%，变化曲线总体趋势比差是随K值增大而增大；在测试点100%、120%，当K≤0.02时、变化曲线总体趋势比差是随K值增大而增大，当K>0.02时，变化曲线总体趋势比差是随K值的增大而向负方向变化，根据比差的定义：f=(KcI2-I1)/I1×100%，二次电流测量变小；

(3)在测试点50%、100%、120%时，当K≥0.02时，比差远超出0.02级CT比差误差限值。当K=0.05时：在测试点50%、100% 、120%比差分别达到0.255、0.352、0.272；当K=0.10时：在测试点50%、100%、120%比差分别达到0.537、-0.266、-0.493。

2.4.2 直流偏磁对角差的影响

根据表1绘制 CT23角差随K值变化曲线，如图3所示。

图3 CT23角差随K值变化曲线

根据表1、图3可以看出：

(1)总体趋势角差随K值的增大而迅速增大。当K>0.01时，远超出0.02级CT角差误差限值。例如：当K=0.05时，在测试点50%、100%、120%角差分别达到5.9′、21.4′、27.7′；当K=0.10时，在测试点50%、100%、120%角差分别达到31.5′、63.5′、66′；

(2)不存在直流偏磁电流时(K=0)，角差随输入交流电流有效值的增大而变小；存在直流偏磁电流(K>0、但K=定值)时，总体趋势角差随CT初级交流电流有效值的增大而迅速增大；

(3)直流偏磁引起的角差偏移将造成仪表计量偏小。

3 结论

(1)微型电流互感器传变特性受直流偏磁的影响，且这种影响随直流偏磁电流的增大而增大；

(2)角差随直流偏磁电流的增大而向正方向变化，且随直流偏磁电流的增大而呈非线性快速增长；当直流偏磁电流超过微型电流互感器一次侧交流电流有效值的2%时，比差超出0.02级微型电流互感器比差误差限值。

(3)当直流偏磁电流超过微型电流互感器一次侧交流电流有效值的2%时，比差和角差都超出0.02级微型电流互感器误差限值，从而影响智能仪表的计量精度，导致仪表测量偏小。